Wednesday, October 29, 2014
1. Sistem Input dan Output pada Komputer I/O
Sistem Input Dan Output Komputer atau sering juga disingkat
dengan I/O adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus
menerus melalui suatu aliran data dari proses ke peranti (begitu pun juga
sebaliknya). Fungsi I/O ini pada dasarnya adalah mengimplementasikan algoritma
I/O pada level aplikasi. Hal ini dikarenakan kode apliksi sangat fleksibel, dan
bugs aplikasi tidak mudah menyebabkan sebuah sistem crash.
Agar
pembahasan kita tidak melebar keman-mana, mari kita langsung saja ketopik utama
pembahasan kita yaitu tentang Sistem Input Dan Output Komputer. Silahkan
disimak berikut adalah penjabarannya.
Teknik Pengoperasian Perangkat I/O
a. Perangkat I/O terprogram (programmed I/O)
- Memerlukan overhead (ongkos) yang tinggi, karena beberapa perintah program harus dieksekusi untuk setiap kata data yang dialihkan antara peralatan eksternal dengan memori utama.
- Banyak peralatan periferal kecepatan tinggi memiliki mode operasi sinkron, yaitu pengalihan data dikontrol oleh clock frekuensi tetap, tidak tergantung CPU.
b.
Perangkat berkendalikan interupsi (Interrupt I/O)
Interupsi
lebih dari sebuah mekanisme sederhana untuk mengkoordinasi pengalihan I/O.
Konsep interupsi berguna di dalam sistem operasi dan pada banyak aplikasi
kontrol di mana pemrosesan rutin tertentu harus diatur dengan seksama, relatif
peristiwa-peristiwa eksternal.
c. DMA
(Direct Memory Address)
Merupakan
suatu pendekatan alternatif yang digunakan sebagai unit pengaturan khusus yang
disediakan untuk memungkinkan pengalihan blok data secara langsung antara
peralatan eksternal dan memori utama tanpa intervensi terus menerus oleh CPU.
Evolusi
telah terjadi pada sistem komputer. Evolusi antara lain terjadi peningkatan
kompleksitas dan kecanggihan komponen-komponen sistem komputer. Evolusi sangat
tampak pada fungsi-fungsi I/O, yaitu sebagai berikut:
- pemroses secara langsung mengendalikan peralatan I/O. Teknik ini masih dilakukan sampai saat ini, yaitu untuk peralatan sederhana yang dikendalikan mikroprosesor untuk menjadi intelligent device.
- Peralatan dilengkapi pengendali I/O (I/O controller). Pemroses masih menggunakan I/O terprogram tanpa interupsi. Pada tahap ini, pemroses tak perlu memperhatikan rincian-rincian spesifik interface peralatan.
- Tahap ini sama dengan tahap 2 ditambah fasilitas interupsi. Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu untuk menunggu selesainya operasi I/O. Teknik ini meningkatkan efisiensi pemroses.
- Pengendali I/O diberi kendali memori langsung lewat DMA. Pengendali dapat memindahkan blok data ke atau dari memori tanpa melibatkan pemroses kecuali di awal dan akhir transfer.
- Pengendali I/O ditingkatkan menjadi pemroses yang terpisah dengan instruksi-instruksi khusus yang ditujukan untuk operasi I/O. Pemroses pusat mengendalikan/memerintahkan pemroses I/O untuk mengeksekusi program I/O yang terdapat di memori utama.
- Pemroses I/O mengambil dan mengeksekusi instruksi-instruksi ini tanpa intervensi pemroses utama (pusat). Dengan teknik ini dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan hanya diinterupsi ketika seluruh barisan telah diselesaikan.
- Pengendali I/O mempunyai memori lokal yang menjadi miliknya dan komputer juga memiliki memori sendiri. Dengan arsitektur ini, sekumpulan besar peralatan I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang minimum.
Arsitektur
ini juga digunakan untuk pengendalian komunikasi dengan terminal-terminal
interaksi. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan
pengendalian terminal. Evolusi berlangsung terus, jalur yang dilalui oleh
evolusi adalah agar fungsi-fungsi I/O dapat dilakukan lebih banyak dan lebih
banyak lagi tanpa keterlibatan pemroses pusat. Pemroses pusat yang tidak disibukkan
dengan tugas-tugas yang berhubungan dengan I/O akan meningkatkan kinerja
sistem. Tahap 5 & 6 merupakan tahap perubahan utama, yaitu konsep
pengendali I/O mampu mengeksekusi program itu sendiri.
2. Apa Itu I/O
I/O atau bisa disebut sebagai Unit Input/Output adalah
bagian dari sistem mikroprosesor yang digunakan oleh mikroprosesor itu untuk
berhubungan dengan dunia luar.
Unit Input adalah unit luar yang digunakan untuk memasukkan
data dari luar ke dalam mikroprosesor ini, contohnya, seperti data yang berasal
dari keyboard atau mouse. Sementara,
Unit Output biasanya digunakan untuk menampilkan data, atau
dengan kata lain untuk menangkap data yang dikirimkan oleh mikroprosesor,
contohnya, seperti data yang akan ditampilkan pada layar monitor atau printer.
Lalu, bagian Input (masukan) dan juga keluaran (Output) ini
juga memerlukan sinyal kontrol, antara lain untuk baca I/O menggunakan IOR atau
kepanjangannya "Input/Ouput Read" dan untuk tulis I/O menggunakan IOW
atau kepanjangannya "Input/Output Write".
3. Contoh I/O
4. Perangkat Eksternal
Mesin
komputer akan memiliki nilai apabila bisa berinteraksi dengan dunia luar. Lebih
dari itu, komputer tidak akan berfungsi apabila tidak dapat berinteraksi dengan
dunia luar. Ambil contoh saja, bagaimana kita bisa menginstruksikan CPU untuk
melakukan suatu operasi apabila tidak ada keyboard. Bagaimana kita melihat
hasil kerja sistem komputer bila tidak adamonitor.Keyboard dan monitor
tergolong dalam perangkat eksternal komputer.
Perangkat
eksternal yang dihubungkan modul I/O seringkali disebut perangkat peripheral,
atau untuk mudahnya disebut peripheral.
Sistem
komputer tidak akan berguna tanpa adanya peralatan input dan output.
Operasi-operasi I/O diperoleh melalui sejumlah perangkat eksternal yang
menyediakan alat untuk pertukaran data di antara lingkungan luar dengan
komputer. Perangkat eksternal dihubungkan dengan komputer oleh suatu link
dengan modul I/O
Link digunakan untuk pertukaran kontrol, status, dan data
antara modul I/O sering kali disebut sebagai perangkat peripheral, atau untuk
mudahnya disebut peripheral.
a. Klasifikasi
Secara
umum perangkat eksternal diklasifikasikan menjadi 3 katagori :
1. Human
Readable
yaitu
perangkat yang berhubungan dengan manusia sebagai pengguna komputer.
Cocok
untuk berkomunikasi dengan pengguna komputer.
Contohnya:
monitor, keyboard, mouse, printer, joystick, disk drive.
2.
Machine readable
yaitu
perangkat yang berhubungan dengan peralatan. Biasanya berupa modul sensor
dan
tranduser untuk monitoring dan kontrol suatu peralatan atausistem.
cocok
untuk berkomunikasi dengan peralatan.
3.
Communication
yatu
perangkat yang berhubungan dengan komunikasi jarak jauh.Misalnya: NIC dan
modem.
cocok untuk berkomunikasi dengan perangkat jarak jauh.
Interface ke modul I/O adalah dalam bentuk signal-signal
control, status dan data.
b. Cara Kerja Secara Umum
Perangkat
eksternal dihubungkan dengan komputer oleh suatu link dengan modul I/O. Link
digunakan untuk pertukaran control, status dan data antara modul I/O dengan
perangkat eksternal.
Data
berbentuk sekumpulan bit untuk dikirimkan ke modul I/O atau diterima dari modul
I/O. Control Signal menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan
perangkat, seperti mengirimkan data ke modul I/O (INPUT atau READ), menerima
data dari modul I/O (OUTPUT atau WRITE), report status, atau membentuk fungsi
control tertentu ke perangkat. Signal status menandai status perangkat.
Misalnya READY/NOT READY untuk menunjukan kesiapan perangkat untuk mengirimkan
data.
Control logic berkaitan dengan perangkat yang mengontrol operasi perangkat
dalam memberikan respons yang berasal dari modul I/O. Transducer mengubah
data dari energi listrik menjadi energi lain selama berlangsungnya output dan
dari bentuk energi tertentu menjadi energi listrik selama berlangsungnya input.
Umumnya, suatu buffer dikaitkan dengan transducer untuk menampung sementara
data yang ditransfer di antara modul I/O dan dunia luar. Ukuran buffer yang
umum adalah 8 hingga 16 bit.
Prinsip kerja yang dilakukan perangkat input adalah merubah
perintah yang dapat dipahami oleh manusia kepada bentuk yang dipahami oleh
komputer (machine readable form), ini berarti mengubahkan perintah dalam bentuk
yang dipahami oleh manusia kepada data yang dimengerti oleh komputer yaitu
dengan kode-kode binary (binary encoded information). Perangkat input dapat
digolongkan menjadi dua golongan, yaitu perangkat input langsung dan perangkat
input tidak langsung. Perangkat input langsung yaitu input yang digunakan
langsung diproses di CPU, tanpa melalui media lain. Sedangkan perangkat input
tidak langsung adalah input yang dimasukkan tidak langsung dip roses di CPU.
c. Koneksi
Perangkat
eksternal dapat dipasang melalui saluran, port, atau colokan tertentu. Pada
komputer PC, saluran ini biasanya adalah saluran serial, saluran paralel,
saluran USB, dan saluran PCMCIA. Dalam beberapa aplikasi, misalnya untuk
menggabungkan dengan telepon seluler, dapat juga digunakan saluran inframerah
(IrDA).
Tujuan
Communication Synchronization adalah agar data yang dikirimkan dapat
ditafsirkan (dimengerti) oleh penerima dengan tepat dan benar.
Fungsi
sinkronisasi:
•
Agar penerima mengetahui dengan tepat dan benar apakah sinyal yang diterima
merupakan bit dari suatu data (sinkronisasi bit).
•
Agar penerima mengetahui dengan tepat bit data (data bit) yang membentuk sebuah
karakter (sinkronisasi karakter).
Perangkat-perangkat
komunikasi memungkinkan komputer untuk saling bertukar data dengan perangkat
jarak jauh, yang mungkin berupa perangkat human-readable, serperti terminal,
perangkat mesin readable, atau bahkan komputer lainnya.
Port Komputer
Port
komputer hardware berfungsi sebagai antarmuka sebuah komputer dengan komputer
atau device lain.
Port serial
jenis
ini mengirim dan menerima data 1 bit pada saat melalui kabel tunggal.
Digunakan
antara lain : LCD
Port Paralel
Dapat
mengirim dan menerima sejumlah bit data pada satu saat melalui satu set kabel.
Universal Serial BUS
Pengembangan
dari port serial. Sejumlah vendor dari devais standar seperti mouse dan printer
telah beralih ke USB. USB lebih memudahkan berkoneksi, plug and play, dirancang
tidak bergantung kepada expansion slot, bila dipasang copot, tidak perlu
me-reboot komputer.
USB hub
Sebuah
USB hub selain dapat menampung sejumlah device, juga dapat menampung sejumlah
USB hub.
PCMCIA
Alat
yang digunakan untuk menghubungkan komputer laptop (note book) dengan jaringan
kabel , contohnya: 3 com.pcmcia ini sangat berguna sekali bagi pengguna note
book agar terhubung dengan jaringan komputer.
Hub\Switch
Alat
yang digunakan untuk menghubungkan kabel-kabel pada sebuah jaringan komputer.
jadi hub ini berfungsi sebagaikonsentrator dari sebuah jaringan selain itu, hub
juga berfungsi untuk mengatur arus data yang masuk dan keluar server, bisa di
ibaratkan hub ini seperti lampu lalulintas, bila tidak ada lampu lalulintas,
dapat dipastikan banyak terjadi kemacetan atau tabrakan, ini pula dapat terjadi
pada jaringan.
Nir Kabel
Bluetooth,
Infra merah, wireless, dll.
5. Modul-Modul I/O
Modul
I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas
pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam
pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun
dengan register – register CPU. Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka
internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka dengan perangkat
eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontrolan.
- Fungsi Modul I/O
a. Control & Timing
Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timing)
merupakan hal yang penting untuk
mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer. Dalam sekali waktu CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti register – register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan.
mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer. Dalam sekali waktu CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti register – register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan.
Contoh kontrol pemindahan data dari peripheral ke CPU
melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah-langkah penanganan I/O sbb :
- Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.
- Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.
- Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akan mengirimkan perintah ke modul I/O.
- Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.
- Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket – paket data dapat diterima CPU dengan baik.
Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus,
maka interaksi CPU dan modul I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah
arbitrasi bus atau lebih.
b. Komunikasi CPU
Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi
proses – proses berikut :
- Command Decoding, yaitu modul I/O menerima perintah – perintah dari CPU yang dikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk dapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID, Format disk.
- Data, pertukaran data antara CPU dan modul I/O melalui bus data.
- Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/O maupun perangkat peripheral, umumnya berupa status kondisi Busy atau Ready. Juga status bermacam macam kondisi kesalahan (error).
- Address Recognition, bahwa peralatan atau komponen penyusun komputer dapat dihubungi atau dipanggil maka harus memiliki alamat yang unik, begitu pula pada perangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheral yang dikontrolnya.
c. Komunikasi Perangkat (device communication)
Meliputi perintah, informasi status dan data.
d. Data Buffering
Tujuan utama buffering adalah
mendapatkan penyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari
perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan pada CPU. Umumnya laju
transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU maupun
media penyimpan.
e. Deteksi Error
Apabila pada perangkat peripheral terdapat masalah sehingga
proses tidak dapat dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan kesalahan
tersebut. Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti: kertas
tergulung, pinta habis, kertas habis, dan lain – lain. Teknik yang umum untuk
deteksi kesalahan adalah penggunaan bit paritas.
6. I/O Terprogram
Pada
I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU
mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung,
seperti pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring
perangkat. Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O
selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih
cepat proses operasinya. Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan
interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yang diinteruksikan padanya.
Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap
dilaksanakan.
Untuk melaksanakan perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamat bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus dan sebuah perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu:
1. Perintah control.
Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas yang
diperintahkan padanya.
2. Perintah test.
Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan
peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap
digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi
kesalahannya.
3. Perintah read.
Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam buffer
internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data
maupun kecepatan transfernya.
4. Perintah write.
Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data dari
bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut.
Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam inplementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi I/O, yaitu: memory-mapped I/O dan isolated I/O. Dalam memory-mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O. CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat I/O. Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal untuk penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun memakan banyak ruang memori alamat.
Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.
7. Direct Memory Access (DMA)
DMA
ialah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk
menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). Untuk memulai sebuah
transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer
yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan transfer, dan
jumlah byte yang ditransfer, ke memori.
CPU
kemudian menuliskan alamat command block ini ke pengendali DMA, sehingga
pengendali DMA dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan
menempatkan alamatalamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa
bantuan CPU.
8. Saluran I/O dan Processor
a. Saluran I/O
Pada kebanyakan sistem komputer, CPU tidak dibebani
menangani tugas yang berhubungan dengan I/O. Tetapi tanggung jawab untuk
kontrol peralatan diserahkan pada prosesor I/O, yang dikenal sebagai saluran
I/O (I/O channel).
Saluran I/O itu sendiri merupakan prosesor yang sudah
diprogram. Program-program yang di-execute ini disebut channel program.
Channel program ini menentukan operasi, yang diperlukan untuk akses peralatan
dan mengontrol jalur data (data pathway).
b. Macam-Macam Saluran
1. Selector I/O;
Dapat
mengatur aliran data antara memori utama dengan sebuah peralatan pada saat
tersebut. Karena saluran merupakan processor-processor yang cepat maka saluran
selektor biasanya hanya menggunakan peralatan I/O dengan kecepatan tinggi,
seperti disk. Penggunaan peralatan dengan kecepatan rendah, misal card reader.
2. Multiplexor Channel;
Dapat mengatur aliran data antara memori utama dengan
beberapa peralatan. Saluran Multiplexor lebih efektif bila menggunakan
peralatan dengan kecepatan rendah, dibandingkan dengan selector channel. Dengan
saluran multiplexor, beberapa peralatan dapat diaktifkan secara serentak,
tetapi saluran harus melengkapi saluran program untuk satu peralatan sebelum
memulai dengan saluran program lain.
3. Block Multiplexor Channel;
Mengatur aliran data ke berbagai peralatan. Block
Multiplexor Channel dapat mengeksekusi satu instruksi dari saluran program
untuk satu peralatan, kemudian dapat mengalihkan instruksi-instruksi dari
saluran program itu ke peralatan yang lain.
c. Aktif Saluran
Tujuan dari saluran I/O adalah sebagai perantara antara
CPU-main memory dengan unit pengontrol penyimpan. CPU berkomunikasi dengan
saluran melalui beberapa perintah yang sederhana.
d. Beberapa saluran akan memberi perintah :
- Test I/O, untuk menentukan apakah jalur (pathway)
yang menuju peralatan sedang sibuk.
- Start I/O, pada peralatan tertentu.
- Halt I/O, pada peralatan tertentu.
Saluran biasanya berkomunikasi dengan CPU melalui cara interupsi.
Interupsi akan terjadi, jika keadaan error terdeteksi, misalnya instruksi CPU
yang salah atau jika aktifitas I/O telah diakhiri.
Jika interupsi terjadi, kontrol akan bercabang melalui rutin
pengendali interupsi (interrupt-handler routine), dimana kontrol akan menentukan
penyebab dari interupsi, melakukan kegiatan yang tepat, kemudian mengembalikan
kontrol pada pemanggil (caller).
SUMBER:
http://tomkompi.blogspot.com/2013/11/Pengertian-Sistem-Input-Dan-Output-Komputer.html
http://id.wikipedia.org/wiki/I/O
http://blog-izie.blogspot.com/2012/11/io-device-perangkat-inputoutput-komputer.html
http://novisusanti45.wordpress.com/2013/11/09/arsitektur-komputer-pita-magnetik-perangkat-eksternal-dan-modul-modul-io/
http://listiyohany.blogspot.com/2013/01/io-terprogram.html
http://fujhyzhu.wordpress.com/2010/05/22/direct-memory-access-dma/
http://riskydwiyanti.wordpress.com/2013/10/20/saluran-io-dan-processor/
